Введение
Эмуляция выделенной физической линии через сеть с коммутацией пакетов. Виртуальная схема (ВС) – это способ передачи данных по сети, основанный на коммутации пакетов, при котором соединение сначала устанавливается между двумя конечными точками сети. В отличие от коммутации каналов, где резервируется фиксированная скорость передачи данных для каждого соединения, сеть использует преимущества статистической мультиплексировки на своих каналах передачи, что является неотъемлемой характеристикой коммутации пакетов. Стандартизация виртуальных схем, проведенная CCITT в 1978 году, вводит управление потоком данных для каждого соединения на всех интерфейсах «пользователь-сеть» и «сеть-сеть». Это обеспечивает участие в управлении перегрузками и снижает вероятность потери пакетов в сильно загруженной сети. Некоторые протоколы каналов обеспечивают надежную связь посредством повторной передачи данных, инициируемой обнаружением ошибок и автоматическим запросом повторения (ARQ). Прежде чем виртуальную схему можно будет использовать, она должна быть установлена между узлами сети на этапе установления соединения. После установления между узлами может обмениваться битовый или байтовый поток, обеспечивая абстракцию от низкоуровневого разделения на единицы данных протокола и позволяя протоколам более высокого уровня работать прозрачно. Альтернативой сетям виртуальных схем являются сети с датаграммами.
A virtual circuit (VC) is a means of transporting data over a data network, based on packet switching and in which a connection is first established across the network between two endpoints. The network, rather than having a fixed data rate reservation per connection as in circuit switching, takes advantage of the statistical multiplexing on its transmission links, an intrinsic feature of packet switching. A 1978 standardization of virtual circuits by the CCITT imposes per connection flow controls at all user to network and network to network interfaces. This permits participation in congestion control and reduces the likelihood of packet loss in a heavily loaded network. Some circuit protocols provide reliable communication service through the use of data retransmissions invoked by error detection and automatic repeat request (ARQ). Before a virtual circuit may be used, it must be established between network nodes in the call setup phase. Once established, a bit stream or byte stream may be exchanged between the nodes, providing abstraction from low level division into protocol data units, and enabling higher level protocols to operate transparently. An alternative to virtual circuit networks are datagram networks.
Виртуальные схемы 4-го уровня
Протоколы транспортного уровня, ориентированные на установление соединения, такие как TCP, могут использовать протокол сетевого уровня с коммутацией пакетов без установления соединения, например IP, при котором различные пакеты могут маршрутизироваться по разным путям и, следовательно, доставляться не по порядку. Тем не менее, TCP можно использовать как виртуальную цепь, поскольку он включает в себя нумерацию сегментов, позволяющую восстановить исходный порядок на стороне получателя, несмотря на доставку пакетов не по порядку.
Виртуальные схемы уровня 2/3
Протоколы виртуальных каналов канального и сетевого уровней основаны на коммутации пакетов с установлением соединения, что означает, что данные всегда передаются по одному и тому же сетевому пути, то есть через одни и те же узлы. Преимущества этого подхода по сравнению с коммутацией пакетов без установления соединения:
Bandwidth reservation during the connection establishment phase is supported, making guaranteed quality of service (QoS) possible. For example, a constant bit rate QoS class may be provided, resulting in emulation of circuit switching. Less overhead is required since the packets are not routed individually and complete addressing information is not provided in the header of each data packet. Only a small virtual channel identifier (VCI) is required in each packet. Routing information is only transferred to the network nodes during the connection establishment phase. The network nodes are faster and have higher capacity in theory since they are switches that only perform routing during the connection establishment phase, while connectionless network nodes are routers that perform routing for each packet individually. Switching only involves looking up the virtual channel identifier in a table rather than analyzing a complete address. Switches can easily be implemented in ASIC hardware, while routing is more complex and requires software implementation. However, because of the large market of IP routers, and because advanced IP routers support layer 3 switching, modern IP routers may today be faster than switches for connection oriented protocols.
Поддерживается резервирование полосы пропускания на этапе установления соединения, что позволяет гарантировать качество обслуживания (QoS). Например, может быть предоставлен класс QoS с постоянной битовой скоростью, что обеспечивает эмуляцию коммутации каналов. Требуется меньший объем служебной информации, поскольку пакеты не маршрутизируются индивидуально, и полная информация об адресации не содержится в заголовке каждого пакета данных. В каждом пакете требуется только небольшой идентификатор виртуального канала (VCI). Информация о маршрутизации передается сетевым узлам только на этапе установления соединения. Сетевые узлы теоретически быстрее и обладают большей пропускной способностью, поскольку они являются коммутаторами, выполняющими маршрутизацию только на этапе установления соединения, в то время как узлы коммутации пакетов без установления соединения – это маршрутизаторы, выполняющие маршрутизацию для каждого пакета по отдельности. Коммутация включает в себя только поиск идентификатора виртуального канала в таблице, а не анализ полного адреса. Коммутаторы могут быть легко реализованы на аппаратном уровне с использованием ASIC, в то время как маршрутизация более сложна и требует программной реализации. Однако, благодаря большому рынку IP-маршрутизаторов и поддержке коммутации 3-го уровня в современных IP-маршрутизаторах, последние могут сегодня быть быстрее коммутаторов для протоколов с установлением соединения.
Bandwidth reservation during the connection establishment phase is supported, making guaranteed quality of service (QoS) possible. For example, a constant bit rate QoS class may be provided, resulting in emulation of circuit switching. Less overhead is required since the packets are not routed individually and complete addressing information is not provided in the header of each data packet. Only a small virtual channel identifier (VCI) is required in each packet. Routing information is only transferred to the network nodes during the connection establishment phase. The network nodes are faster and have higher capacity in theory since they are switches that only perform routing during the connection establishment phase, while connectionless network nodes are routers that perform routing for each packet individually. Switching only involves looking up the virtual channel identifier in a table rather than analyzing a complete address. Switches can easily be implemented in ASIC hardware, while routing is more complex and requires software implementation. However, because of the large market of IP routers, and because advanced IP routers support layer 3 switching, modern IP routers may today be faster than switches for connection oriented protocols.
Постоянные и коммутируемые виртуальные схемы в ATM, Frame Relay и X.25
С коммутируемыми виртуальными каналами (SVC) обычно устанавливается для каждого вызова и отключается по завершении вызова; однако, в качестве опции, может быть установлена постоянная виртуальная схема (PVC) для обеспечения выделенного канала связи между двумя объектами. Конфигурация PVC обычно предварительно настраивается поставщиком услуг. В отличие от SVC, PVC обычно очень редко разрываются/отключаются. Коммутируемый виртуальный канал (SVC) – это виртуальный канал, который динамически устанавливается по требованию и отключается после завершения передачи, например, после телефонного звонка или загрузки файла. SVC используются в ситуациях, когда передача данных происходит эпизодически и/или не всегда между одними и теми же конечными точками оборудования передачи данных (DTE). Постоянная виртуальная схема (PVC) – это виртуальный канал, установленный для многократного/непрерывного использования между одними и теми же DTE. В PVC долгосрочная связь идентична фазе передачи данных виртуального вызова. Постоянные виртуальные схемы устраняют необходимость в повторном установлении и завершении вызовов. Frame Relay обычно используется для обеспечения PVC. ATM обеспечивает как коммутируемые виртуальные соединения, так и постоянные виртуальные соединения, как они называются в терминологии ATM. X.25 обеспечивает как виртуальные вызовы, так и PVC, хотя не все поставщики услуг X.25 или реализации DTE поддерживают PVC, поскольку их использование было значительно менее распространенным, чем SVC.